CN110493069B - 故障检测方法、装置、sdn控制器及转发设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提出一种故障检测方法、装置、SDN控制器及转发设备，SDN控制器至少一次向转发设备发送探测报文，探测报文包括第一接口标识和ARP请求报文，ARP请求报文的目的IP地址为第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址，探测报文用于控制转发设备发送ARP请求报文，并在接收到对应的ARP响应报文时发送给SDN控制器。针对每次发送的ARP请求报文，若均未接收到对应的ARP响应报文，则判定第一接口标识对应的第一接口与第一对端接口之间的链路故障。如此，可以准确确定第一接口与第一对端接口之间的链路是否故障，以在传输业务流的路径有多条时，提供路径切换的判断依据。

Description

故障检测方法、装置、SDN控制器及转发设备

技术领域

本申请涉及网络通信技术领域，具体而言，涉及一种故障检测方法、装置、SDN控制器及转发设备。

背景技术

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是一种新型网络架构，其核心思想是分离网络设备的控制层面与转发层面，通过控制器对网络流量进行集中和灵活控制。例如，控制器可以将SDN网络中的转发设备位于承载业务流的转发路径上的接口(包括上行接口和下行接口)配置到一个monitorlink(监控链路)组中，以实现转发设备的各接口状态的联动。

例如图1所示，SDN网络中的转发设备1可以通过路径L1和路径L2与转发设备2通信，路径L1包括转发设备3和5，路径L2包括转发设备4和6。SDN控制器(controller)可以对SDN网络中的转发设备3进行配置，将转发设备3位于路径L1的接口A和接口B加入一个monitor link(监控链路)组中，当接口B所在链路出现故障导致转发设备1的流量无法下行时，monitor link组中的接口A将被强制设置为关闭(down)状态，触发转发设备1将流量从路径L1切换至路径L2。

但是，实际应用中存在如下情形：1、接口B与转发设备5的接口C非直连，例如两者间还连接有其它的设备，比如图1所示的二层交换机；2、转发设备5因光模块故障、芯片故障或其他配置问题导致接口C无法传输报文，但接口C仍处于开启(up)状态；3、转发设备3因配置问题等导致接口B无法传输报文，但接口B仍处于开启状态。情形1和2中，接口C的状态无法传递给接口B，情形3中，接口B的状态无法传递给接口A或接口C。那么，当接口B或C出现故障时，接口A仍将处于开启状态，导致转发设备1无法获知接口B与接口C之间的链路故障，无法及时进行路径切换，仍将沿路径L1发送报文，从而导致丢包。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的之一在于提供一种故障检测方法、装置、SDN控制器及转发设备，以改善上述问题。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供一种故障检测方法，应用于SDN网络的SDN控制器，所述SDN控制器还包括被所述SDN控制器纳管的转发设备；所述方法包括：

至少一次向所述转发设备发送探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址，所述探测报文用于控制所述转发设备发送所述ARP请求报文，并在接收到对应的ARP响应报文时向所述SDN控制器发送所述ARP响应报文；

针对每一次发送的所述探测报文，若均未收到对应的ARP响应报文，则判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障。

第二方面，本申请实施例提供一种故障检测方法，应用于SDN网络的转发设备，所述方法包括：

接收SDN控制器下发的探测报文，所述探测报文包括转发设备的第一接口标识和ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址；

发送所述ARP请求报文；

针对发送的所述ARP请求报文，若未接收到对应的ARP响应报文，则不向所述SDN控制器发送所述对应的ARP响应报文，以使所述SDN控制器判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障。

第三方面，本申请实施例提供一种故障检测装置，应用于SDN网络的SDN控制器，所述SDN网络还包括被所述SDN控制器纳管的转发设备；所述装置包括：

第一发送模块，用于至少一次向所述转发设备发送探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和地址解析协议ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址是第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址，所述探测报文用于控制所述转发设备发送所述ARP请求报文，并在接收到对应的ARP响应报文时向所述SDN控制器发送所述ARP响应报文；

第一检测模块，用于针对每一次发送的所述探测报文，若均未收到对应的ARP响应报文，则判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障。

第四方面，本申请实施例提供一种故障检测装置，应用于SDN网络的转发设备，所述装置包括：

接收模块，用于接收SDN控制器发送的探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和地址解析协议ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址；

第二发送模块，用于发送所述ARP请求报文；

第二检测模块，用于针对发送的所述ARP请求报文，若未收到对应的ARP响应报文，则不向所述SDN控制器发送所述对应的ARP响应报文，以使所述SDN控制器判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障。

第五方面，本申请实施例提供一种SDN控制器，包括处理器及机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被所述处理器执行时，所述SDN控制器实现前述实施方式中任意一项所述的方法。

第六方面，本申请实施例提供一种转发设备，包括处理器及机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被所述处理器执行时，所述转发设备实现前述实施方式中任意一项所述的方法。

相较于现有技术而言，本申请实施例具有以下技术效果：

本申请实施例提供的故障检测方法、装置、SDN控制器及转发设备，SDN控制器至少一次向转发设备发送探测报文，探测报文包括第一接口标识和ARP请求报文，ARP请求报文的目的IP地址为第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址，探测报文用于控制转发设备发送ARP请求报文，并在接收到对应的ARP响应报文时发送给SDN控制器。针对每次发送的ARP请求报文，若均未接收到对应的ARP响应报文，则判定第一接口标识对应的第一接口与第一对端接口之间的链路故障。如此，本申请实施例可以在第一接口与第一对端接口非直连的情况下，或是当第一对端接口无法传输报文但第一对端接口仍处于开启状态的情况下，或者当第一接口无法传输报文但第一接口仍处于开启状态的情况下，即上述第一接口无法传递接口状态的情况下，准确判断第一接口和第一对端接口间的链路是否出现故障，进而在传输业务流的路径有多条的情况下，提供路径切换的判断依据。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了SDN网络的一种应用场景；

图2示出了本申请第一实施例提供的故障检测方法的示意图；

图3示出了本申请第一实施例提供的一种SDN控制器与转发设备的交互示意图；

图4示出了本申请第一实施例提供的另一故障检测方法的示意图；

图5示出了本申请第二实施例提供的又一故障检测方法的示意图；

图6示出了本申请第四实施例提供的SDN控制器的方框示意图；

图7示出了本申请第四实施例提供的一种故障检测装置的功能模块框图；

图8示出了本申请第四实施例提供的转发设备的方框示意图；

图9示出了本申请第四实施例提供的另一种故障检测装置的功能模块框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进一步定义和解释。

第一实施例

请参照图2，本申请实施例提供一种故障检测方法，应用于SDN网络的SDN控制器，该SDN网络还包括由SDN控制器纳管的转发设备。下面对该方法的各个步骤进行详细描述。

步骤S110，至少一次向转发设备发送探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和ARP(AddressResolution Protocol，地址解析协议)请求报文，所述ARP请求报文的目的IP(InternetProtocol，网络协议)地址为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址，所述探测报文用于控制所述转发设备发送所述ARP请求报文，并在接收到对应的ARP响应报文时向所述SDN控制器发送所述ARP响应报文。

步骤S120，针对每一次发送的所述探测报文，若均未收到对应的ARP响应报文，则判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障。

通过图2所示流程，转发设备可以在本设备接口与对端接口非直连的情况下，或是当对端接口无法传输报文但仍处于开启状态的情况下，或者当本设备接口无法传输报文但仍处于开启状态的情况下，准确判断本设备接口与对端接口之间的链路是否故障，以在传输业务流的路径有多条的情况下，提供路径切换的判断依据。

应当理解，当第一接口与第一对端接口非直连时，第一接口与第一对端接口之间的链路具有多条链路，此时可以认为第一接口与第一对端接口之间逻辑直连，第一接口与第一对端接口之间的链路为逻辑链路。

本实施例中，对于SDN网络中承载业务流的任一转发路径上的任一转发设备，SDN控制器可以向该转发设备发送探测报文，探测报文中的第一接口标识指示该转发设备上的第一接口，探测报文中的ARP请求报文的目的IP地址是该第一接口在该转发路径上的对端接口(即，第一对端接口)的IP地址。

请参照图3，其中示例性地示出了转发设备n和转发设备m之间的一条承载业务流的路径Ln的示意图，路径Ln包括转发设备310和转发设备320，转发设备310的第一接口311与转发设备320的第一对端接口321通过二层交换机互连。其中，转发设备310和转发设备320由SDN控制器300纳管，第一接口311和第一对端接口321均位于路径Ln。

下面结合图3所示场景，对图2所示步骤做进一步的阐述。

SDN控制器300通常存储有SDN网络的拓扑结构，依据存储的拓扑结构可以确定转发设备310的第一接口311的对端是转发设备320的第一对端接口321，从而确定第一接口311的第一接口标识与第一对端接口321的IP地址的对应关系，生成以第一对端接口321的IP地址为目的IP地址的ARP请求报文901，并在探测报文中封装生成的ARP请求报文901及第一接口标识，然后向转发设备310发送封装后的探测报文。

本实施例中，探测报文可以采用OFPT_PACKET_OUT消息实现，OFPT_PACKET_OUT消息是供SDN控制器控制转发设备通过特定接口发送特定报文的一种消息类型。

OFPT_PACKET_OUT消息包括动作(Action)域和数据(data)域，动作域用于设置发送端口和发送动作类型，数据域用于设置需要转发设备发送的内容。

例如，本实施例中，SDN控制器300可以将OFPT_PACKET_OUT消息的数据域设置为ARP请求报文901，该ARP请求报文901的目的IP地址为第一对端接口321的IP地址，将OFPT_PACKET_OUT消息的动作域设置成第一接口311的第一接口标识和发送(OFPAT_OUTPUT)动作类型，表示从第一接口311发送探测报文。将ARP请求报文901填充到数据域，将上述第一接口标识和发送(OFPAT_OUTPUT)填充到动作域，从而封装得到探测报文900，并向转发设备310发送探测报文900。

示例性地，OFPT_PACKET_OUT消息的格式可以如下表1所示：

表1OFPT_PACKET_OUT消息作为Openflow协议数据包，包括协议头信息OpenflowHeader和消息体OpenflowMessage。

其中，OpenflowHeader中的version字段的值为Openflow协议版本号，type字段的值为消息类型OFPT_PACKET_OUT，length字段的值为OpenflowHeader的长度，xid字段的值为消息ID。

OpenflowMessage的buffer_id字段的值为转发设备中缓冲区的ID，接收到OFPT_PACKET_OUT消息的转发设备可以从该ID指示的缓冲区获取报文进行转发，当buffer_id的值为-1时，从data字段获取报文进行转发。本实施例中，buffer_id字段的值可以为-1。

in_port字段的值用于为OFPT_PACKET_OUT消息提供额外的匹配信息，例如，当buffer_id字段的值为-1且actions字段指示基于流表进行报文转发时，可以将in_port字段的值作为data字段中报文的额外匹配信息进行流表匹配。

data字段为上述的数据域，本实施例中，可以将ARP请求报文901填充于data字段中。

actions字段为上述的动作域，又称“动作列表”。actions_len字段的值为动作列表actions的长度。动作列表actions可以包括多个action(动作)，每个action的结构随类型的不同而不同。例如，本实施例中，动作列表actions可以包括一个action，该action的类型为OFPAT_OUTPUT，则该action的结构可以如下表2所示：

type	len
		port	maxlen

表2

本实施例中，可以将发送动作类型OFPAT_OUTPUT填充到表2所示的type字段；将len字段的值设置为8，以表示当前action的长度为8字节；将第一接口311的第一接口标识填充到port字段。当port字段的值为controller(即SDN控制器)时，maxlen字段的值指示发送给SDN控制器的数据的最大长度，当port字段的值为其它参数时，maxlen字段无意义。

请再次参照图3，转发设备310接收到探测报文900后，解封装探测报文900，识别数据域，得到ARP请求报文901，识别动作域，得到第一接口标识以及发送动作类型，则从第一接口标识对应的第一接口311发送识别出的ARP请求报文901。

在第一接口311与第一对端接口321之间的链路正常的情况下，转发设备320可以通过第一对端接口321接收到ARP请求报文901，确定其目的IP地址为本设备上接口(即第一对端接口321)的IP地址，则生成一ARP响应报文902，将第一对端接口321的MAC地址填充到ARP响应报文902的源MAC地址字段，将第一对端接口321的IP地址填充到ARP响应报文902的源IP地址字段，将ARP请求报文901的源MAC地址填充到ARP响应报文902的目的MAC地址字段，将ARP请求报文901的源IP地址字段填充到ARP响应报文902的目的IP地址字段。

对应地，转发设备310将通过第一接口311接收到ARP响应报文902，确定其与ARP请求报文901对应，则向SDN控制器300发送ARP响应报文902。

可选地，本实施例中，转发设备310可以依据预先配置的第一流表项312来判断ARP响应报文902是否为与ARP请求报文901对应的ARP响应报文，若是，则向SDN控制器300发送ARP响应报文902。具体地，若第一ARP响应报文匹配第一流表项312的匹配项，则对第一ARP响应报文执行第一流表项312的动作项指示的动作。

其中，第一流表项312的匹配项包括入接口标识是第一接口311的第一接口标识、源IP地址是第一对端接口321的IP地址且协议为ARP，动作项为在接收到匹配第一流表项312的匹配项的第一ARP响应报文时，向SDN控制器发送第一ARP响应报文。

第一ARP响应报文是指：入接口是转发设备310的第一接口311、源IP地址是第一对端接口321的IP地址的ARP响应报文。

值得说明的是，当报文进入转发设备时，转发设备会生成一元数据(metadata)，并将报文在转发设备的入接口的标识写入元数据中。转发设备可以根据报文的元数据记录的入接口标识，确定报文在本设备的入接口。

转发设备310通过第一接口311接收到ARP响应报文902时，可以确定ARP响应报文902在本设备的入接口是第一接口311，源IP地址是第一对端接口321的IP地址，且为协议为ARP，则依照第一流表项312的动作项向SDN控制器300发送ARP响应报文902。

其中，转发设备310可以采用OFPT_PACKET_IN消息来发送ARP响应报文902。OFPT_PACKET_IN消息是供转发设备向SDN控制器发送数据的一种消息类型。OFPT_PACKET_IN消息包括数据域和入接口(in_port)字段，ARP响应报文902可以设置于该数据域中，入接口字段的值为ARP响应报文902在转发设备310的入接口的标识，即第一接口311的第一接口标识。

示例性地，OFPT_PACKET_IN消息的格式可以如下表3所示：

其中，OFPT_PACKET_IN消息作为Openflow协议数据包，包括Openflow协议头信息OpenflowHeader和消息体OpenflowMeassage两部分。OpenflowHeader中，version字段的值为Openflow协议版本号，type字段的值为消息类型OFPT_PACKET_IN，length为OpenflowHeader的长度，xid为消息ID。

OpenflowMessage中，buffer_id的值为data字段中的报文在转发设备中所处的缓冲区的ID，total_len字段的值为data字段的长度。

data字段为OFPT_PACKET_IN消息的数据域，本实施例中，可以将ARP响应报文902填充到data字段。

in_port字段为OFPT_PACKET_IN消息的入接口字段，本实施例中，可以将ARP响应报文902在转发设备310的入接口(第一接口311)的标识填充到in_port字段。

相反地，在第一接口311与第一对端接口321之间的链路故障，例如，第一对端接口321故障的情况下，转发设备310将无法接收到ARP响应报文902，也不会向SDN控制器300上送ARP响应报文902。

在此情况下，SDN控制器300可以通过如下方式来判断第一接口311与第一对端接口321之间的链路是否存在故障。

在一种实施方式中，SDN控制器300可以在一次向转发设备310发送探测报文900之后，检测是否接收到对应的第一ARP响应报文，如果没有，则判定第一接口311与第一对端接口321之间的链路故障。

在另一种实施方式中，SDN控制器300可以多次向转发设备310发送探测报文900。针对每次发送的探测报文900，如果均没有收到对应的ARP响应报文，则判定第一接口311与第一对端接口321之间的链路故障。其中，所述多次可以为2-5次，例如3次，还可以依据情况自定义次数。

示例性地，SDN控制器300可以通过如下方式来判断在每次发送探测报文900之后，是否接收到对应的第一ARP响应报文：

在发送探测报文900之后，当接收到OFPT_PACKET_IN消息时，剥离OpenFlow封装信息，判断数据域是否是源IP地址为第一对端接口321的IP地址的ARP响应报文，且判断入口字段的值是否为第一接口标识，如果判断结果均为是，则确定接收到对应的第一ARP响应报文。

本实施例中，SDN控制器300多次向转发设备310发送探测报文900的规则可以有多种。

在一个示例中，可以按照第一时间间隔发送多次。

在通信过程中，转发设备310在满足特定触发条件时，会主动通过第一接口311发送目的IP地址是第一对端接口321的IP地址的ARP请求报文，该特定触发条件例如可以是：转发设备310的待发送数据的目的IP地址是第一对端接口321的IP地址，且ARP表中没有存储第一对端接口321的IP地址对应的ARP表项。

转发设备310在满足上述特定触发条件而主动通过第一接口311发送目的IP地址是第一对端接口321的IP地址的ARP请求报文之后，如果通过第一接口311收到源IP地址是第一对端接口321的IP地址的ARP响应报文，该ARP响应报文由于匹配第一流表项312的匹配项，将被发送给SDN控制器300，则SDN控制器300根据接收的该ARP响应报文已经可以判定第一接口311与第一对端接口321之间的链路正常，可以不向转发设备310发送探测报文900。因此，在另一个示例中，SDN控制器300可以在预设周期内没有接收到转发设备310发送的入接口标识是第一接口标识、源IP地址是第一对端接口321的IP地址的第一ARP响应报文时，向转发设备310发送一次探测报文900，或是按照第二时间间隔多次向转发设备310发送探测报文900。其中，第二时间间隔小于预设周期，第一时间间隔和第二时间间隔可以相同，也可以不同。

值得说明的是，当转发设备310通过ARP请求报文获得IP地址ip1与MAC地址mac1的对应关系之后，会在ARP表中记录包括ip1和mac1的ARP表项，此后，转发设备310将不再通过ARP请求报文，而是直接基于该ARP表项确定ip1对应的mac1。

因此，可以为ARP表设置一老化定时器，定期对ARP表进行老化，从而提高转发设备310发送ARP请求报文的频率。对应地，上述的预设周期可以和老化定时器的老化周期相同，例如可以为30秒。

本实施例中，为了触发路径切换，请参照图4，本实施例提供的故障检测方法还可以包括在判定第一接口与第一对端接口之间的链路故障之后执行的步骤S130。

步骤S130，向转发设备发送设置指令，所述设置指令包括所述第一接口标识和第二接口标识，所述第一接口标识对应的第一接口与所述第二接口标识对应的第二接口属于所述转发设备且位于承载业务流的同一条路径上，所述设置指令用于设置所述第一接口以及第二接口的接口状态为关闭状态。

其中，所述设置指令可以采用netconf协议中用于配置接口默认状态(adminstatus)的指令。

以图3所示转发设备310为例，当SDN控制器300确定第一接口311与第一对端接口321之间的链路故障时，可以向转发设备310发送所述设置指令，该设置指令包括第一接口311的第一接口标识以及第二接口313的第二接口标识，用于将第一接口311和第二接口313均置为关闭状态。如此，第二接口313所直连的设备将能够感知到第二接口313处于关闭状态。

在此情况下，可以有多种方式促使路径Ln上的转发设备n和m进行路径切换。

一种方式中，可以将本实施例提供的故障检测方法与monitorlink技术配合使用，例如在路径Ln包括的其他各个转发设备上应用monitorlink技术，则第二接口313直连的转发设备在感知到第二接口313处于关闭状态时，会将本设备上位于路径Ln的其他接口联动为关闭状态。以此类推，转发设备n将能够感知到路径Ln上是否存在链路故障，从而在感知到路径Ln存在链路故障时进行路径切换。促使转发设备m进行路径切换的方式，与促使转发设备n进行路径切换的方式类似，在此不再赘述。

在另一种方式中，针对路径Ln上的每一个转发设备，SDN控制器300可以将该转发设备位于路径Ln的上行接口和下行接口作为第一接口，按照图2所示流程发送探测报文，可以使得转发设备n和m感知到路径Ln上是否存在链路故障，从而在感知到路径Ln上存在链路故障时进行路径切换。

在切换路径后，SDN控制器300可以依据存储的拓扑结构确定转发设备n和m之间承载业务流的新路径，及位于该新路径上的转发设备，则可以对该新路径上的转发设备应用上述的故障检测方法，即至少一次向这些转发设备发送探测报文。

在实际应用中，当运维人员巡检时发现转发设备n和m之间出现转发路径切换，可以人工排查转发路径Ln，并在转发路径Ln上的链路故障排除之后，通过SDN控制器300将转发路径Ln上被置为关闭状态的接口恢复为开启状态。

本实施例提供的故障检测方法可以有不同的应用场景。在一些场景中，可以应用于物理转发设备，在此情况下，上述的第一接口、第一对端接口、第二接口均为物理接口。

在另一些场景中，随着网络虚拟化技术的发展，物理交换机上通常部署有多个虚拟交换机，多个虚拟交换机的虚接口共用物理交换机的物理接口。实际应用中，可能存在物理接口处于开启状态，而使用该物理接口的虚接口出现故障的情况，产生该故障的原因可能是配置错误、硬件资源不足等。即本实施例还可以应用到包含逻辑设备的组网环境中。

下面结合图1所示场景举例说明。

假如转发设备3上运行有虚拟转发设备vSW1，虚拟转发设备vSW1具有创建在接口B上的虚接口vB1。转发设备5上运行有虚拟转发设备vSW2，虚拟转发设备vSW2具有创建在接口C上的虚接口vC1，虚接口vC1与虚接口vB1相连。

转发设备5的接口C处于开启状态，但虚接口vC1出现故障。现有的monitorlink技术，由于只能感知物理接口的状态，无法检测出虚接口vC1的故障。

针对上述问题，可以在虚拟转发设备vSW1配置openflow实例，使得虚拟转发设备vSW1可以和SDN控制器通信，再以虚拟转发设备vSW1的虚接口vB1为第一接口，以虚拟转发设备vSW2的虚接口vC1为第一对端接口，应用本实施例提供的故障检测方法，由SDN控制器至少一次向虚拟转发设备vSW1发送探测报文，可以解决上述问题。

第二实施例

请参照图5，是本实施例提供的一种应用于SDN网络的转发设备的故障检测方法，例如可以应用于图3所示的转发设备310，该转发设备310由SDN控制器300纳管，该方法包括以下步骤。

步骤S210，接收SDN控制器300发送的探测报文，所述探测报文包括转发设备310的第一接口标识和ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址为第一接口标识对应的第一对端接口321的IP地址。

步骤S220，发送所述ARP请求报文。

步骤S230，针对发送的所述ARP请求报文，若未接收到对应的ARP响应报文，则不向所述SDN控制器300发送所述对应的ARP响应报文，以使所述SDN控制器300判定所述第一接口标识对应的第一接口311与所述第一对端接口321之间的链路故障。

通过图5所示流程，SDN控制器能够在转发设备的第一接口与第一对端接口非直连的情况下，或是第一对端接口无法传输报文但仍处于开启状态的情况下，或是第一接口无法传输报文但仍处于开启状态的情况下，准确判断第一接口与第一对端接口之间的链路是否存在故障，进而在传输业务流的路径有多条的情况下，提供路径切换的依据。

可选地，本实施例提供的故障检测方法还可以包括如下步骤：

接收所述SDN控制器300发送的设置指令，所述设置指令包括第一接口标识和第二接口标识，所述第一接口标识对应的第一接口311与第二接口标识对应的第二接口313属于所述转发设备310且位于承载业务流的同一条路径上；

设置所述第一接口311以及第二接口313的接口状态为关闭状态。

可选地，本实施例提供的故障检测方法还可以包括以下步骤：

接收SDN控制器300发送的第一流表项312，第一流表项312的匹配项包括入接口标识为第一接口标识、源IP地址为第一对端接口321的IP地址且协议为ARP；

当接收到匹配所述匹配项的第一ARP响应报文时，向SDN控制器300发送所述第一ARP响应报文。

本实施例中，SDN控制器300与转发设备310、第一对端接口321所在的转发设备320的交互过程可以参照第一实施例的相关描述，在此不再赘述。

第三实施例

请再次参照图1，假设图1所示组网为数据中心组网，其中，转发设备2属于外网，转发设备3和4为数据中心的防火墙(Firewall)设备，转发设备5和6为边界节点(BORDER)，用于与出口路由器(如，防火墙设备)相连。转发设备1为脊节点(spine)，其下连接有叶子节点leaf1和leaf2，通过leaf1接入的租户VM1以及通过leaf2接入的租户VM2可以通过转发路径L1和L2由南向北访问外网。

图1所示数据中心组网中，路径L1包括转发设备3和5，为主路径，也即当前承载业务流的路径。转发设备1的接口Y与转发设备5的接口D相连，转发设备5的接口C通过二层交换机与转发设备3的接口B相连，转发设备3的接口A与转发设备2的接口X相连。其中，接口C的IP地址为1.1.1.C，接口X的IP地址为1.1.2.X。

路径L2包括转发设备4和6，为备份路径，当感知到主路径出现故障时，转发设备2和1会将业务流从路径L1切换到路径L2。

下面以转发设备3的接口A和接口B、转发设备5的接口C和接口D为第一接口，给出一个具体示例，以对上述第一实施例、第二实施例提供的故障检测方法做进一步的阐述。

首先对SDN控制器向转发设备3发送探测报文的情形进行描述，具体流程如下：

1、SDN控制器根据存储的拓扑结构，获取并记录转发设备3的接口B的接口标识eth1与对端接口C的IP地址1.1.1.C、接口A的接口标识eth2与对端接口X的IP地址1.1.2.X。

2、生成流表项item1和item2并发送给转发设备3，其中，item1的匹配项包括入接口标识为接口B的标识eth1、源IP地址为接口C的IP地址1.1.1.C且协议为ARP，动作项为将与item1的匹配项匹配的ARP响应报文上送SDN控制器；流表项item2的匹配项包括入接口标识为接口A的标识eth2、源IP地址为接口X的IP地址1.1.2.X且协议为ARP，动作项为将与item2的匹配项匹配的ARP响应报文上送SDN控制器。

3、为转发设备3的ARP表设置老化定时器，老化周期设置为30秒。

4、当30秒没有接收到转发设备3上送的入接口标识是eth1、源IP地址是1.1.1.C的ARP响应报文和入接口标识是eth2、源IP地址是1.1.2.X的ARP响应报文时，生成ARP请求报文arp-request1和arp-request2。

其中，arp-request1的目的IP地址是接口C的IP地址1.1.1.C，arp-request2的目的IP地址是接口X的IP地址1.1.2.X。

5、生成两个OFPT_PACKET_OUT消息；

在其中一个OFPT_PACKET_OUT消息的动作域写入接口B的接口标识eth1及OFPAT_OUTPUT(发送)动作类型信息，在OFPT_PACKET_OUT的数据域写入ARP请求报文arp-request1，得到探测报文m1；

在另一个OFPT_PACKET_OUT消息的动作域写入接口A的接口标识eth2及OFPAT_PUTPUT，在数据域写入ARP请求报文arp-request2，得到探测报文m2。

6、向转发设备3发送一次探测报文m1，向转发设备3发送一次探测报文m2。

7、转发设备3接收到探测报文m1，解封装探测报文m1，从动作域识别出接口标识eth1和OFPAT_PUTPUT动作类型信息，从数据域识别出ARP请求报文arp-request1，则从接口标识eth1指示的接口B发送ARP请求报文arp-request1。

转发设备3接收到探测报文m2，解封装探测报文m2，从动作域识别出接口标识eth2和OFPAT_PUTPUT动作类型信息，从数据域识别出ARP请求报文arp-request2，则从接口标识eth2指示的接口A发送ARP请求报文arp-request2。

假设当前接口B与接口C之间的链路故障，接口A与接口X之间的链路正常。

8、转发设备5的接口C存在故障，转发设备5将无法接收到ARP请求报文arp-request1，不会返回对应的ARP响应报文。

转发设备2通过接口X接收到ARP请求报文arp-request2，确定其目的IP地址1.1.2.X与本设备的接口X的IP地址相同，则发送对应的ARP响应报文arp-reply2，arp-reply2的源IP地址是1.1.2.X，源MAC地址是接口X的MAC地址，即，与1.1.2.X对应的MAC地址。

9、转发设备3没有收到与ARP请求报文arp-request1对应的ARP响应报文，不会针对SDN控制器下发的探测报文m1上送该对应的ARP响应报文。

转发设备3通过接口A接收到与ARP请求报文arp-request2对应的ARP响应报文arp-reply2，确定arp-reply2与第一流表项item2的匹配项匹配，则依照其动作项生成OFPT_PACKET_IN消息m21，将ARP响应报文arp-reply2写入消息m21的数据域，将接口A的标识eth2写入消息m21的in_port字段，将消息m21发送给SDN控制器。

10、SDN控制器没有收到转发设备3针对探测报文m1上送的ARP响应报文。

SDN控制器接收到转发设备3针对探测报文m2上送的消息m21，解封装消息m21，从数据域获得ARP响应报文arp-reply2，从in_port字段获得接口标识eth2，确定ARP响应报文arp-reply2的源IP地址与探测报文m2中ARP请求报文arp-request2的目的IP地址相同，并且in_port字段中的接口标识eth2与探测报文m2中的接口标识eth2相同，故确定消息m21中的ARP响应报文arp-reply2与探测报文m2对应，即，确定收到了与探测报文m2对应的ARP响应报文。

11、SDN控制器在超过30秒没有收到入口标识为eth1、源IP地址是1.1.1.C的ARP响应报文时，再次发送探测报文m1给转发设备3；在超过30秒没有收到入口标识为eth2、源IP地址是1.1.2.X的ARP响应报文时，再次发送探测报文m2给转发设备3。重复上述步骤6至10。

12、SDN控制器在3次向转发设备3发送探测报文m1，且均没有收到对应的ARP响应报文时，确定接口标识eth1指示的接口B与其对端的接口C之间的链路故障，通过netconf协议向转发设备3发送设置指令，将接口B和接口A的接口状态设置为关闭状态。

13、转发设备2在感知到与接口X直连的接口A处于关闭状态时，将承载业务流的路径即下行业务流从路径L1切换到L2。

14、与上述步骤1至13并行地，SDN控制器还以接口C、D为第一接口，向转发设备5发送探测报文，其具体流程与上述步骤1至13类似，在此不再赘述。

由于接口C存在故障，在3次向转发设备5发送包括接口C的标识的探测报文之后，SDN控制器会将接口C和接口D的接口状态设置为关闭状态。转发设备1感知到接口Y直连的接口D处于关闭状态，将承载业务流的路径即上行业务流从路径L1切换到路径L2。

15、SDN控制器依据存储的拓扑结构，确定转发设备1和2之间承载业务流的新路径是路径L2，路径L2包括转发设备4和6，则以转发设备4位于路径L2的上行接口、下行接口，转发设备6位于路径L2的上行接口、下行接口为第一接口，向转发设备4和6分别发送探测报文，以对路径L2上的链路故障进行检测。

当运维人员发现转发设备1和2之间出现路径切换时，可以对路径L1进行检修，排除故障后，可以通过SDN控制器将转发设备3的接口A、接口B以及转发设备5的接口C、接口D均设置为开启状态。

由于路径L1为主路径，转发设备1在感知到接口X直连的接口A处于开启状态时，自动将下行业务流从路径L2切换到L1。转发设备2在感知到接口Y直连的接口D处于开启状态时，自动将上行业务流从路径L2切换到L1。

通过上述流程，即便在转发设备的接口与对端接口非直连、或对端接口无法传输报文而仍处于开启状态、或本设备接口无法传输报文而仍处于开启状态时，SDN控制器仍能够准确感知出转发设备的接口与对端接口的状态，从而确定转发设备的接口与对端接口之间的链路是否存在故障，进而在传输业务流的路径有多条的情况下，提供路径切换的判断依据。

第四实施例

请参照图6，图6是本申请实施例提供的一种SDN控制器300的方框示意图。所述SDN控制器300可以包括处理器301以及机器可读存储介质302。处理器301与机器可读存储介质302可以经由系统总线通信。机器可读存储介质302存储有机器可执行指令，处理器301通过读取并执行机器可读存储介质302中的机器可执行指令，可以实现上文描述的由SDN控制器300执行的故障检测方法。

应当理解，图6所示结构仅为示意，SDN控制器300还可以包括比图6所示更多或更少的组件，或是具有与图6所示完全不同的配置，本实施例对此没有限制。

请参照图7，其中示出了本实施例提供的一种故障检测装/700的功能模块框图，故障检测装置700包括至少一个可以以软件形式存储于机器可读存储介质302中的功能模块。从功能上划分，故障检测装置700可以包括第一发送模块710和第一检测模块720。

其中，第一发送模块710用于至少一次向转发设备发送探测报文，探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址是第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址，所述探测报文用于控制所述转发设备发送所述ARP请求报文，并在接收到对应的ARP响应报文时向所述SDN控制器发送所述ARP响应报文。

第一检测模块720用于针对每一次发送的所述探测报文，若均未接收到对应的ARP响应报文，则判定第一接口标识对应的所述第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障。

可选地，故障检测装置700还可包括第一设置模块730。

第一设置模块730用于在第一检测模块720判定第一接口标识对应的所述第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障之后，向所述转发设备发送设置指令，所述设置指令包括所述第一接口标识和第二接口标识，所述第一接口标识对应的所述第一接口与所述第二接口标识对应的第二接口属于所述转发设备且位于承载业务流的同一条路径上，所述设置指令用于设置所述第一接口以及所述第二接口的接口状态为关闭状态。

可选地，本实施例中，转发设备位于承载业务流的路径上。在此情况下，第一发送模块710还可以用于依据存储的拓扑结构，确定承载业务流的新路径、以及位于该新路径的转发设备，至少一次向位于新路径的转发设备发送探测报文。

可选地，本实施例中，第一发送模块710还可以用于在至少一次向所述转发设备发送探测报文之前，向所述转发设备发送第一流表项。第一流表项的匹配项包括入接口标识是第一接口标识、源IP地址是第一对端接口的IP地址且协议是ARP，第一流表项的动作项为向SDN控制器300发送与第一流表项的匹配项匹配的第一ARP响应报文。

可选地，本实施例中，第一发送模块710还可以用于在至少一次向所述转发设备发送探测报文之前，当在预设周期内未接收到入接口是第一接口、源IP地址是第一对端接口的IP地址的第一ARP响应报文时，至少一次向所述转发设备发送所述探测报文。

关于上述功能模块的描述可以参照前文对相关步骤的详细描述。

请参照图8，图8是本申请实施例提供的一种转发设备310的方框示意图。转发设备310包括处理器314及机器可读存储介质315，处理器314和机器可读存储介质315可以经由系统总线通信连接。处理器314通过读取并调用机器可读存储介质315中的机器可执行指令，可以实现上文描述的由转发设备310执行的故障检测方法。

本申请实施例中的其他转发设备的结构与转发设备310类似，在此不再赘述。

应当理解，图8所示结构仅为示意，转发设备310还可以包括比图8所示更多或更少的组件，例如还包括硬件流表316，流表项312存储于硬件流表316中。本实施例对此没有限制。

请参照图9，其中示出了本实施例提供的另一种故障检测装置900的功能模块框图。故障检测装置900包括至少一个可以以软件形式存储于机器可读存储介质315中的功能模块。从功能上划分，故障检测装置900可以包括接收模块910、第二发送模块920及第二检测模块930。

其中，接收模块910用于接收SDN控制器发送的探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和地址解析协议ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址。

第二发送模块920用于发送所述ARP请求报文。

第二检测模块930用于针对发送的所述ARP请求报文，若未收到对应的ARP响应报文，则不向所述SDN控制器发送所述对应的ARP响应报文，以使所述SDN控制器判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障。

可选地，本实施例中，故障检测装置900还可以包括第二设置模块940。

第二设置模块940用于：接收SDN控制器发送的探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和地址解析协议ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址；设置所述第一接口及所述第二接口的接口状态为关闭状态。

可选地，本实施例中，接收模块910还可以用于接收所述SDN控制器发送的第一流表项，所述第一流表项的匹配项包括入接口标识是第一接口标识、源IP地址是所述第一对端接口的IP地址且协议是ARP。第二发送模块920还可以用于当接收到与所述匹配项匹配的第一ARP响应报文时，向所述SDN控制器发送所述第一ARP响应报文。

关于上述功能模块的描述可以参照前文对相关步骤的详细描述。

综上所述，本申请实施例提供的故障检测方法、装置、SDN控制器及转发设备，可以在转发设备的第一接口与第一对端接口非直连、或是第一对端接口无法传输报文而仍处于开启状态、或第一接口无法传输报文而仍处于开启状态时，准确感知出第一接口、第一对端接口的状态，从而准确判断第一接口与第一对端接口之间的链路是否存在故障，进而在传输业务流的路径有多条的情况下，提供路径切换的判断依据。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种故障检测方法，其特征在于，应用于软件定义网络SDN网络的SDN控制器，所述SDN网络还包括被所述SDN控制器纳管的转发设备；所述方法包括：

至少一次向所述转发设备发送探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和地址解析协议ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址，所述探测报文用于控制所述转发设备发送所述ARP请求报文，并在接收到对应的ARP响应报文时向所述SDN控制器发送所述ARP响应报文；

针对每一次发送的所述探测报文，若均未收到对应的ARP响应报文，则判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障；

向所述转发设备发送设置指令，所述设置指令包括所述第一接口标识和第二接口标识，所述第一接口标识对应的所述第一接口与所述第二接口标识对应的第二接口属于所述转发设备且位于承载业务流的同一条路径上，所述设置指令用于设置所述第一接口以及所述第二接口的接口状态为关闭状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转发设备位于承载业务流的路径上，则所述方法还包括：

依据存储的拓扑结构，确定承载业务流的新路径、以及位于所述新路径的转发设备；

执行至少一次向位于所述新路径的转发设备发送探测报文。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述至少一次向所述转发设备发送探测报文之前，还包括：

向所述转发设备发送第一流表项，所述第一流表项的匹配项包括入接口标识是第一接口标识、源IP地址为所述第一对端接口的IP地址且协议是ARP，所述第一流表项的动作项为向所述SDN控制器发送匹配所述匹配项的第一ARP响应报文。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述至少一次向所述转发设备发送探测报文之前，还包括：

若在预设周期内未接收到入接口标识是所述第一接口标识、源IP地址为所述第一对端接口的IP地址的第一ARP响应报文，则执行所述至少一次向所述转发设备发送探测报文的步骤。

5.一种故障检测方法，其特征在于，应用于软件定义网络SDN网络的转发设备，所述方法包括：

接收SDN控制器发送的探测报文，所述探测报文包括转发设备的第一接口标识和地址解析协议ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址；

发送所述ARP请求报文；

针对发送的所述ARP请求报文，若未收到对应的ARP响应报文，则不向所述SDN控制器发送所述对应的ARP响应报文，以使所述SDN控制器判定所述第一接口标识对应的第一接口与第一对端接口之间的链路故障；

接收所述SDN控制器发送的设置指令，所述设置指令包括第一接口标识和第二接口标识，所述第一接口标识对应的所述第一接口与所述第二接口标识对应的第二接口属于所述转发设备且位于承载业务流的同一条路径上；

设置所述第一接口以及所述第二接口的接口状态为关闭状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收所述SDN控制器发送的第一流表项，所述第一流表项的匹配项包括入接口标识是第一接口标识、源IP地址是所述第一对端接口的IP地址且协议为ARP；

当接收到匹配所述匹配项的第一ARP响应报文时，向所述SDN控制器发送所述第一ARP响应报文。

7.一种故障检测装置，其特征在于，应用于软件定义网络SDN网络的SDN控制器，所述SDN网络还包括被所述SDN控制器纳管的转发设备；所述装置包括：

第一发送模块，用于至少一次向所述转发设备发送探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和地址解析协议ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址是第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址，所述探测报文用于控制所述转发设备发送所述ARP请求报文，并在接收到对应的ARP响应报文时向所述SDN控制器发送所述ARP响应报文；

第一检测模块，用于针对每一次发送的所述探测报文，若均未收到对应的ARP响应报文，则判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障；

第一设置模块，用于向所述转发设备发送设置指令，所述设置指令包括所述第一接口标识和第二接口标识，所述第一接口标识对应的所述第一接口与所述第二接口标识对应的第二接口属于所述转发设备且位于承载业务流的同一条路径上，所述设置指令用于设置所述第一接口以及所述第二接口的接口状态为关闭状态。

8.一种故障检测装置，其特征在于，应用于软件定义网络SDN网络的转发设备，所述装置包括：

接收模块，用于接收SDN控制器发送的探测报文，所述探测报文包括所述转发设备的第一接口标识和地址解析协议ARP请求报文，所述ARP请求报文的目的IP地址为所述第一接口标识对应的第一对端接口的IP地址；

第二发送模块，用于发送所述ARP请求报文；

第二检测模块，用于针对发送的所述ARP请求报文，若未收到对应的ARP响应报文，则不向所述SDN控制器发送所述对应的ARP响应报文，以使所述SDN控制器判定所述第一接口标识对应的第一接口与所述第一对端接口之间的链路故障；

第二设置模块，用于接收所述SDN控制器发送的设置指令，所述设置指令包括第一接口标识和第二接口标识，所述第一接口标识对应的所述第一接口与所述第二接口标识对应的第二接口属于所述转发设备且位于承载业务流的同一条路径上；设置所述第一接口以及所述第二接口的接口状态为关闭状态。

9.一种SDN控制器，其特征在于，包括处理器及机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被所述处理器执行时，所述SDN控制器实现权利要求1-4中任意一项所述的方法。

10.一种转发设备，其特征在于，包括处理器及机器可读存储介质，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被所述处理器执行时，所述转发设备实现权利要求5-6中任意一项所述的方法。

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